成像装置和电子设备的制作方法

文档序号：12680683阅读：239来源：国知局

技术领域

本发明涉及固态成像装置和电子设备，具体地说，涉及包括沟槽元件分离区域的固态成像装置和包括该固态成像装置的电子设备。

背景技术：

固态成像装置包括沿着半导体基板的光接收表面侧排列的多个像素。各个像素包括设置在半导体基板中的光电转换单元以及设置在半导体基板的上侧的滤色器和片上透镜。

在具有这种构造的固态成像装置中，如果倾斜进入光接收表面的光泄漏到相邻像素的光电转换单元，则光泄漏变成引起光混合和色差的因素。

因此，已经提出了如下的构造：在半导体基板的光接收表面侧形成使像素的光电转换单元分离开的沟槽元件隔离区域，并且在各个沟槽元件隔离区域中设置遮光膜以防止相邻像素之间发生漏光现象。在这种构造中，沟槽的开口的宽度在光接收表面侧浅层位置缩窄，并且遮光膜仅仅埋入在沟槽的浅层位置。因此，可以在不产生孔隙的情况下形成遮光膜并有效遮挡像素之间的光(例如，参见日本专利申请公开No.2012-178457)。

技术实现要素：

然而，即使在构造为在半导体基板中设置沟槽元件隔离区域的固态成像装置中，也会发生色平衡崩溃的现象，这种现象取决于接收到的光的波长和接收到的光的入射角而且是引起着色的原因。

因此，希望提供一种具有良好的色平衡而不会造成着色的固态成像装置以及使用该固态成像装置的电子设备。

根据本发明的一个实施例，提供了一种固态成像装置，包括：半导体层，多个像素沿着光接收面排列在所述半导体层上，所述光接收面是所述半导体层的主表面；光电转换单元，其针对所述半导体层中的各个像素而设置；沟槽元件隔离区域，其通过在所述半导体层的光接收表面侧形成的沟槽图案中设置绝缘层而形成，所述沟槽元件隔离区域设置在从像素之间的像素边界偏移的位置处。

在具有这种构造的固态成像装置中，沟槽元件隔离区域设置在从像素之间的边界偏移的位置处。因此，通过使沟槽元件隔离区域的偏移方向为取决于各个像素中接收到的光的波长的方向，可以使沟槽元件隔离区域所设置在的光接收面侧的光电转换单元的体积和位置取决于接收到的光的波长。因此，可以改善在光接收面的设置有沟槽元件隔离区域的区域中进行光电转换的短波长的光与比上述区域更深的区域中进行光电转换的长波长的光之间的色平衡。

因此，根据本发明，可以捕获具有良好的色平衡的图像而不会造成着色，并且可以改善成像特性。

在阅读以下对附图所示的最佳实施例的详细描述之后将更容易理解本发明的这些和其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出应用本发明的实施例的示例性固态成像装置的示意性构造图；

图2是根据本发明的第一实施例的固态成像装置的主要部分的俯视图；

图3是根据第一实施例的固态成像装置的主要部分的剖视图，对应于沿图2中的线A-A截取的剖面；

图4是示出与光电转换单元中接收到的颜色的光相关的相对输出的曲线图；

图5是示出吸收蓝光的量相对于距半导体层(Si)的光接收表面的深度的曲线图；

图6A至图6C是根据第一实施例的固态成像装置的制造工艺示意图；

图7A至图7B是与入射角相关的归一化灵敏度的曲线图；

图8A至图8C是与入射角相关的绝对灵敏度的曲线图；

图9是示出根据本发明的第二实施例的固态成像装置的主要部分的构造的剖视图；

图10是示出根据本发明的第三实施例的固态成像装置的主要部分的构造的剖视图；

图11是示出根据本发明的第四实施例的固态成像装置的主要部分的构造的剖视图；

图12是根据本发明的第五实施例的固态成像装置的主要部分的俯视图；

图13是根据第五实施例的固态成像装置的主要部分的剖视图，其对应于沿图12中的线A-A截取的剖面；

图14A至图14B是相邻像素的色混合量相对于入射角的曲线图；以及

图15是根据本发明的第六实施例的电子设备的构造图，该电子设备包括本发明实施例所应用的固态成像元件。

具体实施方式

下面，将以如下顺序参考附图描述本发明公开的各实施例。

1.根据本发明实施例的固态成像装置的示意性构造实例

2.第一实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到长波长像素侧的第一实例)

3.第二实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到长波长像素侧的第二实例)

4.第三实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到长波长像素侧的第三实例)

5.第四实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到长波长像素侧的第四实例)

6.第五实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到短波长像素侧的第五实例)

7.第六实施例(采用固态成像装置的电子设备)

1.根据本发明实施例的固态成像装置的示意性构造实例

图1示出根据本发明实施例的用作示例性固态成像装置的MOS(Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体)型固态成像装置的示意性构造。

如图1所示的固态成像装置1具有像素区域4，在像素区域4中，包括光电转换区域的多个像素3二维地排列在支撑基板2的表面上。在排列在像素区域4中的各个像素3上设置有包括光电转换区域、浮动扩散部、读取栅极、多个晶体管(所谓的MOS晶体管)和电容元件的像素电路。应该注意的是多个像素3可以共用像素电路的一部分。

在像素区域4的周边部分中设置有周边电路，例如竖直驱动电路5、列信号处理电路6、水平驱动电路7和系统控制电路8。

竖直驱动电路5包括移位寄存器，例如选择像素驱动线9，向所选的像素驱动线9供应用于驱动像素3的脉冲，并且逐行地驱动排列在像素区域4中的像素3。具体地说，竖直驱动电路5逐行连续地沿竖向选择性地扫描排列在像素区域4中的像素3。然后，竖直驱动电路5根据取决于各个像素3中的接收光量而产生的信号电荷将像素信号经由与像素驱动线9垂直地设置的竖直驱动线10供应给列信号处理电路6。

列信号处理电路6设置成对应于例如像素3的列，并且对每个像素列执行信号处理，例如去除从一行像素3输出的信号的噪声。具体地说，列信号处理电路6执行例如去除像素的特定固定图案噪声的相关双采样(CDS)、信号放大和模拟/数字(AD)转换等信号处理。

水平驱动电路7包括例如移位寄存器，通过顺序地输出水平扫描脉冲来选择列信号处理电路6的目的地，并且使列信号处理电路6输出像素信号。

系统控制电路8接收输入时钟和用于指令操作模式等的数据，并且输出例如固态成像装置1的内部信息等的数据。具体地说，系统控制电路8基于竖直同步信号、水平同步信号和主时钟生成时钟信号或控制信号作为竖直驱动电路5、列信号处理电路6和水平驱动电路7等的行为基准。然后，系统控制电路8将这些信号输入到竖直驱动电路5、列信号处理电路6和水平驱动电路7等中。

周边电路5至8和设置在像素区域4中的像素电路构成驱动各个像素3的驱动电路。应该注意到，周边电路5至8可以设置成层叠在像素区域4上。

2.第一实施例(沟槽元件隔离区域的位置移动到长波长像素侧的第一实例)

在本发明的第一实施例中，将按照根据第一实施例的固态成像装置1-1的构造、固态成像装置1-1的制造方法和第一实施例的效果的顺序来进行说明。

固态成像装置1-1的构造

图2是根据第一实施例的固态成像装置1-1的主要部分的俯视图，并且示出了在从俯视图中的光接收面侧观看像素区域4中的半导体层20的情况下的12个像素。图3是根据第一实施例的固态成像装置1-1的主要部分的剖视图，对应于沿着图2中的线A-A截取的剖视图。下面，将基于图2和图3描述根据第一实施例的固态成像装置1-1的构造。

根据第一实施例的固态成像装置1-1包括接合到支撑基板(这里未示出)上的半导体层20，并且是后表面照射型成像装置，其中晶体管或配线层(这里未示出)设置在与用作半导体层20的主表面的光接收面S相反的一侧。

在半导体层20中，设置有扩散有杂质的分割区域21。在被分割区域21分割开的各个像素3中，设置有光电转换单元23。此外，在半导体层20的光接收面S侧，设置有本实施例独特地布置的沟槽元件隔离区域25。此外，在半导体层20的光接收面S上，依次顺序地设置有保护绝缘层31、绝缘层33和遮光膜35，并且滤色器39和片上透镜41借助平坦化绝缘膜37层叠起来。

在下文中，将描述半导体层20的构造、设置在半导体层20中的沟槽元件隔离区域25和层叠在半导体层20的光接收面S上的各层。

半导体层20

半导体层20包括n型单晶硅或多晶硅，并且通过例如使由n型单晶硅形成的半导体基板的厚度变薄来形成。半导体层20的主表面侧是光接收面S，并且多个像素3沿着光接收面S排列。各个像素3排列为接收红光的红色像素3R、接收绿光的绿色像素3G或接收蓝光的蓝色像素3B。这里，例如，示出二维地排列成拜耳图案的各彩色像素3。

排列成拜耳图案的彩色像素3R、3G和3B就光接收面S而言排列成相同的形状，而与接收到光的波长无关。假设一个像素3和另一像素3之间的边界是例如像素边界3a，光接收面S中的被像素边界3a围绕的各个像素3具有大致正方形的平面形状和相同的尺寸。

在这种半导体层20中，设置有形成为p型杂质扩散区域的分割区域21。各个分割区域21从与光接收面S相反的表面以各个像素边界3a为中心在半导体层20中沿着像素边界3a延伸到光接收面S。

此外，在半导体层20中，为各个像素3设置n型光电转换单元23。各个n型光电转换单元23包括被分割区域21分割开的n型区域以及半导体层20中的沟槽元件隔离区域25(稍后描述)。光电转换单元23和p型分割区域21构成光电二极管，并且光电转换单元23是在各个像素3中光电转换的电荷的存储区域。

应该注意到，尽管除了设置有半导体层20中的分割区域21和光电转换单元23之外，还设置有例如表面扩散层和在通常背面发射型固态成像装置和表面扩散层中所布置的晶体管的源极/漏极等各种杂质区域，因此，这里省略了视图和描述。

沟槽元件隔离区域25

各个沟槽元件隔离区域25通过如下步骤来形成：在半导体层20的光接收面S侧所设置的凹槽图案20a中设置保护绝缘层31和绝缘层33，并且通过保护绝缘层31和绝缘层33设置遮光膜35。具有这种构造的沟槽元件隔离区域25独特地设置在从光接收面S的像素边界3a的中心偏移的位置处。沟槽元件隔离区域25偏移像素边界3a的方向取决于沟槽元件隔离区域25所分割开的两个像素3中接收到的光的波长。

具体地说，在第一实施例中，沟槽元件隔离区域25设置为朝与其相邻设置的两个像素3中接收较长波长的光的像素的方向偏移。具体地说，在彩色像素3R、3G和3B排列成拜耳图案的构造中，绿色像素3G与蓝色像素3B之间的沟槽元件隔离区域25设置在朝绿色像素3G侧偏移的位置处。另一方面，绿色像素3G与红色像素3R之间的沟槽元件隔离区域25设置在朝红色像素3R侧偏移的位置处。

应该注意到，“沟槽元件隔离区域25设置在从像素边界3a的中心偏移的位置处”是指当从光接收面S侧观察时沟槽元件隔离区域25的宽度方向上的中心，即，凹槽图案20a的开口宽度的中心从像素边界3a偏移。因此，沟槽元件隔离区域25可以设置在像素边界3a上。

在这种构造中，当从光接收面S侧观察时沟槽元件隔离区域25的宽度，即，凹槽图案20a的开口宽度可以在光接收面S上保持恒定。

因此，在半导体层20中，在设置有沟槽元件隔离区域25的深度区域中，彩色像素3R、3G和3B的排列方向上的光电转换单元23的宽度在接收较短波长的光的一个像素中较大。例如，在设置有沟槽元件隔离区域25的深度区域中，在绿色像素3G和蓝色像素3B相邻的方向上，绿色像素3G中的光电转换单元23的宽度wG比蓝色像素3B中的光电转换单元23的宽度wB小。另一方面，在设置有沟槽元件隔离区域25的深度区域中，在绿色像素3G和红色像素3R相邻的方向上，绿色像素3G中的光电转换单元23的宽度wG比红色像素3R中的光电转换单元23的宽度wR大。

于是，在设置有沟槽元件隔离区域25的区域(即对短波长光进行光电转换的区域是靠近光接收面S的表面区域)中，彩色像素3R、3G和3B中的光电转换单元23的体积在接收较短波长的光的一个像素中是较大的。

另一方面，在半导体层20中，彩色像素3R、3G和3B中的光电转换单元23的宽度在没有设置沟槽元件隔离区域25的深度区域(即对长波长光进行光电转换的区域是远离光接收面S的表面区域)中是沿着像素的排列方向大致保持恒定的。因此，彩色像素3R、3G和3B中的光电转换单元23的体积是相同的。

此外，沟槽元件隔离区域25距光接收面S的深度d可以是任何深度，只要可以完全吸收各个像素3的所接收波长的光中波长最短的光。例如，图4是示出相对于从各种颜色的滤色器(将在下文描述)穿过并被相应的光电转换单元接收的光的波长的相对输出的曲线图。如曲线图所示，光电转换单元中所接收的各种波长的光的80％在光电转换单元中被转换并被输出的波长范围设定为要接收的各种颜色光的波长范围。这样限定了蓝光hB的波长范围。于是，如图5所示，在限定波长范围内的蓝光hB被几乎完全吸收时距光接收面S的深度D(D＝2300nm)为最大值，并且沟槽元件隔离区域的深度设定在深度D的范围内。

例如，图5示出在半导体层20包括单晶硅的情况下的吸收蓝光hB的量。在该情况下，在距光接收面S大约2300nm的深度处，可以几乎完全吸收蓝光hB。因此，沟槽元件隔离区域25的深度d设定为不大于2300nm的D。

在如上设置的沟槽元件隔离区域25中，设置在半导体层20的光接收面S上的保护绝缘层31和绝缘层33覆盖凹槽图案20a的内壁。此外，在凹槽图案20a的中央上方，遮光膜35埋入通过保护绝缘层31和绝缘层33。

保护绝缘层31包括存储负电荷的金属氧化物并且形成处于半导体层20的边界处的空穴累积层。这种保护绝缘层31包括例如铪(Hf)、铝(Al)、钽(Ta)和钛(Ti)等金属的氧化物。另一方面，绝缘层33包括硅氧化物(SiO₂)或硅氮化物(SiN)。

遮光膜35

遮光膜35经由保护绝缘层31和绝缘层33而被构图在光接收面S上。遮光膜35埋入在沟槽元件隔离区域25的凹槽图案20a中以形成沟槽元件隔离区域25的一部分。此外，在光接收面S上方，遮光膜35被图案化成具有位于光电转换单元23上方的开口35a。开口35a可以在彩色像素3R、3G和3B中具有相同的形状，并且开口35a的中心对应于像素中心

此外，遮光膜35以将像素边界3a作为中心的方式被构图在在光接收面S上方以具有线宽。线宽可以是恒定的，并且线宽的中心可以对应于像素边界3a。例如，遮光膜35具有在俯视图中从光接收面S侧观看时覆盖沟槽元件隔离区域25的线宽。

这种遮光膜35包括例如钨(W)、铝(Al)、氮化钛(TiN)和钛(Ti)等具有遮光特性的金属材料。

另外，如上所述地图案化的遮光膜35被平坦化绝缘膜37覆盖。

滤色器39

滤色器39是设置在平坦化绝缘膜37上的层，并且均包括为相应的像素3图案化的各颜色的滤色器。图案化的滤色器39构造成使相应像素3R、3G和3B中所接收到的波长范围内的光透射通过。滤色器39可以在彩色像素3R、3G和3B中具有相同的形状，并且各个滤色器39的中心可以对应于像素中心

片上透镜41

片上透镜41为相应的像素3设置在滤色器39上，并且在这里，均是例如相对于光入射方向凸出的凸透镜。优选地，这种片上透镜41在彩色像素3R、3G和3B中具有相同的形状，并且相应的芯片上透镜41的中心对应于像素中心

固态成像装置1-1的制造方法

图6均是根据第一实施例的固态成像装置的制造步骤的方法剖视图。下文中，参考图6，将描述图2和图3所示的根据第一实施例的固态成像装置的制造方法。

图6A

如图6A所示，在包括例如n型单晶硅的半导体层20中，首先，通过使杂质从与光接收面S相反的表面扩散而形成p型分割区域21。各个分割区域21以像素3之间的边界(像素边界3a)为中心而形成为具有特定的宽度，像素3二维地均匀排列在半导体层20的光接收面S上。

此外，尽管这里省略示出，但需要在半导体层20中形成杂质扩散层，在半导体层20的与光接收面S相反的表面上形成配线层，用绝缘膜覆盖配线层，并且将支撑基板接合到其上。然后，从光接收面S侧对半导体层20进行抛光以获得期望的膜厚度。

接下来，在半导体层20的光接收面S侧，形成凹槽图案20a。各个凹槽图案20a在从像素边界3a的中心沿宽度方向偏移的位置处，形成为具有沿像素边界3a从光接收面S延伸到分割区域21的深度d。凹槽图案20a相对于像素边界3a的偏移和深度d与先前参考图3描述的沟槽元件隔离区域中的相同。应用光刻技术以在光接收面S上形成掩模图案，并且用该掩模图案蚀刻半导体层20，形成这种凹槽图案20a。

因此，包括n型单晶硅的半导体层20被p型分割区域21和凹槽图案20a划分开，并且通过该划分所获得的各个部分是n型光电转换单元23。在设置有凹槽图案20a的深度区域中，即，靠近光接收面S的表面区域中，各个像素3中光电转换单元23的沿彩色像素3R、3G和3B的排列方向上的宽度和体积在接收较短波长的光的像素中较大。另一方面，在没有设置凹槽图案20a的深度区域中，即远离光接收面S的区域中，彩色像素3R、3G和3B中的光电转换单元23的宽度和体积是相同的。

图6B

接下来，如图6B所示，在半导体层20的光接收面S上以叙述顺序沉积保护绝缘层31和绝缘层33以覆盖凹槽图案20a的内壁。此时，利用例如原子层沉积(ALD)方法沉积包括金属氧化物的保护绝缘层31。接下来，利用等离子体增强化学气相沉积(CVD)方法沉积包括硅氧化物或硅氮化物的绝缘层33。这里，保护绝缘层31和绝缘层33形成的膜厚度使得凹槽图案20a不被掩埋。

然后，绝缘层33和遮光膜35以足够的膜厚度进行沉积，使得凹槽图案20a的内部被掩埋并且光线被遮蔽。此时，利用例如溅射法等沉积包括金属材料的遮光膜35。

这样，通过将保护绝缘层31、绝缘层33和遮光膜35埋入到形成于半导体层20中的凹槽图案20a中来获得沟槽元件隔离区域25。

图6C

接下来，如图6C所示，在绝缘层33上将遮光膜35图案化，并且将开口35a形成在光电转换单元23上方。此时，开口35a在颜色的各个像素3R、3G和3B中可以具有相同的形状，并且开口35a的中心对应于像素中心此外，当在俯视图上从光接收面S侧观看时，在形成开口35a的状态下，遮光膜35图案化为遮光膜35的线宽的中心对应于像素边界3a的中心并且沟槽元件隔离区域25被遮光膜35覆盖。

图3

然后，如图3所示，在绝缘层33上方形成平坦化绝缘膜37以覆盖图案化的遮光膜35。接下来，在平坦化绝缘膜37上针对各像素3构图为各颜色的滤色器39，并且片上透镜41被构图在滤色器39上。如上所述，滤色器39和片上透镜41可以在颜色的像素3R、3G和3B中具有相同的形状，并且各个滤色器39和各个片上透镜41的中心对应于像素中心

这样，制造出固态成像装置1-1。

第一实施例的效果

在上述固态成像装置1-1中，形成于半导体层20的光接收面S侧处的沟槽元件隔离区域25设置成沿取决于要接收的光的波长的方向偏移。因此，固态成像装置1-1具有如下的构造：在对短波长光进行光电转换的区域中接收较短波长光的像素具有较大的面积，在对长波长光进行光电转换的区域中3R、3G和3B颜色的体积是相同的。

因此，可以利用沟槽元件隔离区域25防止接收蓝光hB的灵敏度因光接收面S侧的体积减小而减小，并且可以改善蓝色像素3B中的灵敏度差异。因此，如图7A所示，可以使相对于光接收面S上的光的入射角的归一化灵敏度在红光hR、绿光hG和蓝光hB彼此对应。因此，改善了取决于灵敏度入射角的颜色平衡，并且可以防止发生着色。

应该注意到，在不将沟槽元件隔离区域25设置成从像素边界3a偏移的现有构造中，蓝光hB的灵敏度差异大于红光hR和绿光hG的灵敏度差异，如图7B所示。因此，取决于灵敏度入射角的颜色平衡崩塌并且发生着色。

此外，在第一实施例的构造中，在颜色的像素3R、3G和3B之间，遮光膜35是相同的，并且遮光膜35的位置对应于像素边界3a的位置。因此，遮光膜35上的入射角的渐晕在颜色的像素3R、3G和3B之间是相同的。因此，如图8A所示，可以均衡灵敏度差异，而不减小入射角为0度时的绝对灵敏度。

另一方面，在不将沟槽元件隔离区域25设置成从像素边界3a偏移的现有构造中，与红光hR和绿光hG相比，蓝光hB的灵敏度差异是相当大的，而与绝对灵敏度无关，如图8B所示。此外，在遮光膜35偏移向长波长像素侧以防止出现蓝光hB的灵敏度差异的构造中，尽管如图8C所示改善了灵敏度差异的颜色相关性，但在短波长的蓝色像素3B中绝对灵敏度减小。

然而，在第一实施例的构造中，由于通过在不减小绝对灵敏度的情况下改善取决于灵敏度入射角的色彩平衡，可以防止出现着色。

此外，在第一实施例的构造中，遮光膜35布置在沟槽元件隔离区域25的凹槽图案20a中。因此，防止光经由光接收面S与遮光膜35之间的绝缘层33从相邻的像素3中漏出。因此，可以防止出现颜色混合。

应该注意到，在第一实施例中，已经描述了颜色的像素3R、3G和3B排列成拜耳图案的构造作为实例。然而，根据本发明实施例的固态成像装置不限于应用于这种构造。例如，在将蓝绿色和黄色这种互补色用于滤色器的构造中，沟槽元件隔离区域设置成相对于蓝绿色像素与黄色像素之间的像素边界3a偏移向蓝绿色像素侧。另一方面，在使用白色像素的构造中，沟槽元件隔离区域设置成相对于各颜色像素与白色像素之间的像素边界3a偏移向白色像素侧。

因此，可以获得相似的效果。

3.第二实施例(沟槽元件隔离区域的位置偏移向长波长像素侧的第二实例)

固态成像装置1-2的构造

图9是根据本发明第二实施例的固态成像装置1-2的主要部分的构造的剖视图。图9所示的根据第二实施例的固态成像装置1-2不同于根据第一实施例的固态成像装置之处在于遮光膜35没有埋入在沟槽元件隔离区域45中。固态成像装置1-2的其他构造与第一实施例中的相同。因此，不再描述与第一实施例中的相同的部件。

具体地说，沟槽元件隔离区域45具有如下的构造：绝缘层33经由保护绝缘层31埋入在形成于半导体层20的光接收面S侧的凹槽图案20a中。凹槽图案20a相对于像素边界3a的排列与第一实施例中的相同。保护绝缘层31和绝缘层33的构造与第一实施例中的相同，第二实施例不同于第一实施例之处在于：保护绝缘层31和绝缘层33具有能埋入到凹槽图案20a中的膜厚度。此外，与第一实施例相似地，遮光膜35在绝缘层33上图案化，但是第二实施例不同于第一实施例之处在于遮光膜35仅仅具有足以遮挡光的膜厚度。

固态成像装置1-2的制造方法

为了制造具有这种构造的固态成像装置1-2，当在制造根据第一实施例的固态成像装置期间沉积已参考图6B描述的保护绝缘层31和绝缘层33时凹槽图案20a可以完全被保护绝缘层31和绝缘层33掩埋。其他工艺与第一实施例中的相同。

第二实施例的效果

同样在具有这种构造的根据第二实施例的固态成像装置1-2中，沟槽元件隔离区域45、遮光膜35和片上透镜41相对于颜色的像素3R、3G和3B与第一实施例相似地进行排列。因此，由于可以与第一实施例相似地通过在不降低绝对灵敏度的情况下改善取决于灵敏度入射角的彩色平衡来防止发生着色现象，可以改善成像特性。

4.第三实施例(沟槽元件隔离区域的位置偏移向长波长像素侧的第三实例)

固态成像装置1-3的构造

图10是示出根据本发明第三实施例的固态成像装置1-3的主要部分的构造的剖视图。图10所示的根据第三实施例的固态成像装置1-3不同于根据第一实施例的固态成像装置之处在于在深度方向上以阶梯方式形成沟槽元件隔离区域47的图案宽度。固态成像装置1-3的其他构造与第一实施例中的相同。因此，不再描述与第一实施例中的相同的部件。

具体地说，沟槽元件隔离区域47具有二阶梯图案，该二阶梯图案在光接收面S侧较宽而在半导体层20的深度位置处较狭窄。这种沟槽元件隔离区域47设置成在光接收面S侧的图案宽度的较宽部分处从像素边界3a处偏移。另一方面，在沟槽元件隔离区域47中远离光接收面S的图案宽度的较窄部分处，图案宽度的中心可以对应于像素边界3a。

这种沟槽元件隔离区域47在该图案宽度的较宽部分处的深度设定为前述第一实施例中描述的深度d。

在沟槽元件隔离区域47中，遮光膜35可以仅仅埋入到图案宽度的较宽部分中。因此，沟槽元件隔离区域47具有可以埋入遮光膜35而不产生空隙的构造。

固态成像装置1-3的制造方法

为了制造具有这种沟槽的固态成像装置1-3，当在形成根据第一实施例的固态成像装置期间形成参考图6A描述的凹槽图案20a时，凹槽图案30a仅仅需要利用两次采用两个掩模的蚀刻工艺形成为具有二阶梯开口宽度。其他工艺可以与第一实施例的工艺相同。

第三实施例的效果

同样在具有这种构造的根据第三实施例的固态成像装置1-3中，沟槽元件隔离区域47、遮光膜35和片上透镜41相对于颜色的像素3R、3G和3B与第一实施例相似地进行排列。因此，由于可以与第一实施例相似地在不降低绝对灵敏度的情况下通过改善取决于灵敏度入射角的颜色平衡来防止发生着色，可以改善成像特性。此外，沟槽元件隔离区域47具有将遮光膜35布置在凹槽图案20a中的构造。因此，与第一实施例相似地防止从相邻像素3中漏光。因此，还可以防止发生颜色混合。

5.第四实施例(沟槽元件隔离区域的位置偏移向长波长像素侧的第四实例)

固态成像装置1-4的构造

图11是示出根据本发明第四实施例的固态成像装置1-4的主要部分的构造的剖视图。图11所示第四实施例是第三实施例的变型例。固态成像装置1-4不同于根据第一实施例的固态成像装置之处在于在深度方向上以阶梯方式形成沟槽元件隔离区域49的图案宽度。固态成像装置1-4的其他构造与第一实施例中的相同。因此，不再描述与第一实施例中的相同的部件。

具体地说，沟槽元件隔离区域49具有二阶梯图案，该二阶梯图案在光接收面S侧较宽而在半导体层20的深度位置处较狭窄。这种沟槽元件隔离区域49设置成在光接收面S侧的图案宽度的较宽部分和较窄部分处从像素边界3a处偏移。即，构成沟槽元件隔离区域49的凹槽图案20a的形状通过在形成于光接收面S侧的具有较宽宽度的开口部分的底部中心处开掘出具有较窄宽度的开口部分来获得。

这种包括图案宽度的较宽部分和较窄部分的沟槽元件隔离区域49的整体宽度设定为前述第一实施例中描述的深度d。

此外，在沟槽元件隔离区域49中，遮光膜35可以仅仅埋入到图案宽度的较宽部分中。因此，沟槽元件隔离区域49具有可以埋入遮光膜35而不产生空隙的构造。

固态成像装置1-4的制造方法

为了制造具有这种构造的固态成像装置1-4，当在形成根据第一实施例的固态成像装置期间形成参考图6A描述的凹槽图案20a时，利用首先采用掩模的蚀刻工艺形成光接收面S侧的凹槽图案20a的宽的开口宽度的一部分。接下来，可以通过在凹槽图案20a的侧壁上形成侧壁并且进一步对凹槽图案20a的底部中心采用蚀刻工艺来形成具有逐渐缩窄的开口宽度的凹槽图案20a。其他工艺可以与第一实施例的工艺相同。

第四实施例的效果

同样在具有这种构造的根据第四实施例的固态成像装置1-4中，沟槽元件隔离区域49、遮光膜35和芯片上透镜41相对于颜色的像素3R、3G和3B与第一实施例相似地进行排列。因此，由于可以与第一实施例相似地在不降低绝对灵敏度的情况下通过改善取决于灵敏度入射角的颜色平衡来防止发生着色，可以改善成像特性。此外，沟槽元件隔离区域49具有将遮光膜35布置在凹槽图案20a中的构造。因此，与第一实施例相似地防止从相邻像素3中漏光。因此，还可以防止发生颜色混合。

6.第五实施例(沟槽元件隔离区域的位置偏移向短波长像素侧的实例)

固态成像装置1-5的构造

图12是示出根据本发明第五实施例的固态成像装置1-5的主要部分的构造的俯视图，并且示出了在俯视图中从光接收面侧观察像素区域4的半导体层部分的情况下的12个像素。图13是根据第五实施例的固态成像装置1-5的主要部分的剖视图，对应于沿图12中的线A－A截取的剖面。在下文中，基于图12和图13描述根据第五实施例的固态成像装置1-5的构造。

图12和图13所示的根据第五实施例的固态成像装置1-5不同于根据第一实施例的固态成像装置之处在于沟槽元件隔离区域51沿不同于第一实施例中的方向从像素边界3a偏移并且遮光膜35没有埋入到沟槽元件隔离区域51中。固态成像装置1-5的其他构造与第一实施例中的相同。因此，不再描述与第一实施例中的相同的部件。

具体地说，沟槽元件隔离区域51具有如下的构造：保护绝缘层31和绝缘层33埋入到凹槽图案20a中。具有这种构造的沟槽元件隔离区域51设置在从光接收面S上的像素边界3a的中心处偏移的位置处，并且偏移方向取决于被沟槽元件隔离区域51分割的两个像素3要接收的光的波长。

具体地说，在第五实施例中，沟槽元件隔离区域51设置成朝与其相邻布置的两个像素3中的接收较短波长的光的一个像素的方向偏移。具体地说，在颜色的像素3R、3G和3B排列成拜耳图案的构造中，绿色像素3G和红色像素3R之间的沟槽元件隔离区域51设置在向绿色像素3G侧偏移的位置处。另一方面，绿色像素3G与蓝色像素3B之间的沟槽元件隔离区域51设置在向蓝色像素3B侧偏移的位置处。

这里，“沟槽元件隔离区域51设置在从像素边界3a的中心处偏移的位置处”表示当从光接收面S侧观察沟槽元件隔离区域51时的宽度方向的中心，即，凹槽图案20a的开口宽度的中心从像素边界3a偏移。因此，沟槽元件隔离区域51可以设置在像素边界3a上。

在这种构造中，当从光接收面S侧观察沟槽元件隔离区域51时的宽度，即，凹槽图案20a的开口宽度可以在光接收面S中是恒定的。

因此，在半导体层20中，在设置有沟槽元件隔离区域51的深度区域中，即，靠近光接收面S的表面区域中，接收较短波长光的像素远离相邻像素中遮光膜35的开口35a。例如，在绿色像素3G和红色像素3R的相邻方向上，沟槽元件隔离区域51布置成向绿色像素3G侧偏移。因此，绿色像素3G的光接收面S布置成远离红色像素3R中遮光膜35的开口35a。

另一方面，在半导体层20中，颜色的像素3R、3G和3B的光电转换单元23的宽度沿两个排列方向是几乎相同的，并且颜色的像素3R、3G和3B的光电转换单元23的体积在没有设置沟槽元件隔离区域51的深度方向上是相同的。

固态成像装置1-5的制造方法

为了制造具有这种沟槽的固态成像装置1-5，当在制造根据第一实施例的固态成像装置期间形成参考图6A描述的凹槽图案20a时，要形成的凹槽图案20a的位置偏移向接收短波长范围的光的像素侧。而且，当沉积参考图6B描述的保护绝缘层31和绝缘层33时，凹槽图案20a可以完全被保护绝缘层31和绝缘层33掩埋。其他工艺可以与第一实施例的工艺相同。

第五实施例的效果

在上述根据第五实施例的固态成像装置1-5中，形成于半导体层20的光接收面S侧的沟槽元件隔离区域51在取决于要接收的光的波长的方向上相对于像素边界3a偏移。因此，在光接收面S侧的设置有沟槽元件隔离区域51的区域中，接收短波长光的像素布置成远离相邻像素的遮光膜35的开口35a，并且颜色的像素3R、3G和3B的体积在较深位置处是相同的。

因此，由于使相邻绿色像素3G的光电转换单元23远离红色像素3R中的遮光膜35的开口35a，可以防止由红光hR的衍射造成的漏光，从而防止发生颜色混合。因此，如图14A所示，可以使相邻像素的颜色混合量相对于红光hR、绿光hG和蓝光hB的入射角彼此对应。因此，改善了取决于灵敏度入射角的颜色平衡，并且可以防止发生着色。

应该注意到，在沟槽元件隔离区域没有布置得从像素边界偏移的现有构造中，如图14B所示，红光hR泄漏到相邻像素的漏光量大于蓝光hB和绿光hG的漏光量。因此，取决于灵敏度入射角的颜色平衡崩塌，并且容易发生着色。

在第五实施例的构造中，遮光膜35在颜色的像素3R、3G和3B之间是相同的，并且遮光膜35的位置对应于像素边界3a的位置。因此，入射光在遮光膜35上的渐晕在3R、3G和3B颜色的像素之间是相同的，并且不降低0度入射角处的绝对灵敏度。

因此，根据第五实施例的固态成像装置，由于可以防止发生取决于入射角的颜色混合，并且防止发生着色，可以改善成像特性。

7.第六实施例(采用固态成像装置的电子设备)

具有本发明第一实施例至第五实施例中描述的各种构造的固态成像装置可以提供给例如数码相机和摄像机等照相系统、具有成像功能的移动电话，或者用作用于例如具有成像功能的另一装置等电子设备的固态成像装置。

图15是使用固态成像装置的照相机的构造图，该照相机用作根据本发明第六实施例的示例性电子设备。根据该实施例的照相机是例如能够拍摄静态图像或视频的摄像机。照相机91包括固态成像装置1、将入射光引导到固态成像装置1的光接收传感单元中的光学系统93、快门装置94、驱动固态成像装置1的驱动电路95和对固态成像装置1的输出信号进行处理的信号处理电路96。

固态成像装置1是具有第一实施例至第五实施例所描述的构造的固态成像装置。光学系统(光学透镜)93使物体的图像光(入射光)形成在固态成像装置1的成像面上。在成像面上排列有多个像素，并且来自光学系统93的入射角被引导至构成像素的固态成像装置的光电转换区域。因此，在固态成像装置1的光电转换区域中，在一定的时间段内存储信号电荷。这种光学系统93可以是包括多个光学透镜的光学透镜系统。快门装置94控制固态成像装置1的光照射时间段以及遮光时间段。驱动电路95将驱动信号供应给固态成像装置1和快门装置94，并且在供应的驱动信号(定时信号)下控制固态成像装置1向信号处理电路96的信号输出操作以及快门装置1的快门操作。具体地说，驱动电路95通过供应驱动信号(定时信号)执行将信号从固态成像装置1转移至信号处理电路96的操作。信号处理电路96对从固态成像装置1转移来的信号执行各种信号处理。经过信号处理的视频信号存储在例如存储器等存储介质中或者输出给监视器。

根据上述实施例的电子设备，因为包括具有上述实施例所描述的有益成像特性的固态成像装置，所以可以利用具有成像功能的电子设备拍摄具有高精度的图像。

应该注意到本发明还可以采用如下构造。

(1)一种固态成像装置，包括：

半导体层，多个像素沿光接收面排列在所述半导体层上，所述光接收面是所述半导体层的主表面；

光电转换单元，其针对所述半导体层中的各个像素而设置；以及

沟槽元件隔离区域，其通过在所述半导体层的光接收表面侧形成的沟槽图案中设置绝缘层而形成，所述沟槽元件隔离区域设置在从像素之间的像素边界偏移的位置处。

(2)根据项(1)所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域沿取决于各个像素中接收到的光的波长的方向从所述像素边界偏移。

(3)根据项(1)或(2)所述的固态成像装置，还包括：

遮光膜，其设置在所述半导体层的光接收面的上侧，所述遮光膜具有位于所述光电转换单元的上侧的开口，所述遮光膜被构图为以所述像素边界为中心具有线宽。

(4)根据项(3)所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域被所述遮光膜覆盖。

(5)根据项(1)至(4)中任一项所述的固态成像装置，还包括：

各种颜色的滤色器，其设置在所述半导体层的光接收面的上侧，所述滤色器被构图为所述滤色器的中心对应于所述像素的中心。

(6)根据项(1)至(5)中任一项所述的固态成像装置，还包括：

片上透镜，其设置在所述半导体层的光接收面的上侧，所述片上透镜被构图为所述片上透镜的中心对应于所述像素的中心。

(7)根据项(1)至(6)中任一项所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域设置成朝与其相邻设置的像素中的接收较长波长的光的一个像素的方向偏移。

(8)根据项(7)所述的固态成像装置，其中，

在所述沟槽元件隔离区域的沟槽图案的中心处，埋入有遮光膜。

(9)根据项(1)至(8)中任一项所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域形成为以阶梯的方式具有图案宽度，所述图案宽度在所述光接收面侧增大。

(10)根据项(9)所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域的位于所述光接收面侧的至少一部分从所述像素边界偏移。

(11)根据项(1)至(6)中任一项所述的固态成像装置，其中，

所述沟槽元件隔离区域设置成朝与其相邻设置的像素中的接收较短波长的光的一个像素的方向偏移。

(12)根据项(1)至(11)中任一项所述的固态成像装置，其中，

所述半导体层包括分割区域，所述分割区域包括位于像素边界处的杂质区域，所述分割区域从与所述光接收面相反的表面延伸到所述沟槽元件隔离区域。

(13)一种电子设备，包括：

半导体层，多个像素沿光接收面设置在所述半导体层上，所述光接收面是所述半导体层的主表面；

光电转换单元，其针对所述半导体层中的各个像素而设置；以及

沟槽元件隔离区域，其通过在所述半导体层的光接收表面侧形成的沟槽图案中设置绝缘层而形成，所述沟槽元件隔离区域设置在从像素之间的像素边界偏移的位置处；以及

光学系统，其将入射光引导到所述光电转换单元。

本领域的技术人员应该理解到，可以根据设计要求和其他因素进行各种变型、组合、子组合和改变，只要落入所附权利要求书或等同内容的范围内即可。